RU2475941C1 - Differential amplifier with complementary input cascade - Google Patents
Differential amplifier with complementary input cascade Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475941C1 RU2475941C1 RU2012100199/08A RU2012100199A RU2475941C1 RU 2475941 C1 RU2475941 C1 RU 2475941C1 RU 2012100199/08 A RU2012100199/08 A RU 2012100199/08A RU 2012100199 A RU2012100199 A RU 2012100199A RU 2475941 C1 RU2475941 C1 RU 2475941C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- emitter
- transistor
- current
- bus
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и связи и может быть использовано в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых микросхем различного функционального назначения, например решающих усилителях, компараторах, мостовых усилителях мощности и т.п.The invention relates to the field of radio engineering and communication and can be used as a device for amplifying analog signals in the structure of analog microcircuits for various functional purposes, for example, decision amplifiers, comparators, bridge power amplifiers, etc.
Известны схемы классических дифференциальных усилителей (ДУ) с комплементарным входным каскадом, которые стали основой многих серийных аналоговых микросхем [1-11].Known circuits of classical differential amplifiers (DU) with a complementary input stage, which became the basis of many serial analog circuits [1-11].
Кроме того, ДУ данного класса активно применяются в структуре СВЧ-устройств, реализованных на базе SiGe-технологий. Это связано с возможностью построения на их основе активных RC-фильтров гигагерцового диапазона для современных и перспективных систем связи, мостовых усилителей мощности и т.п.In addition, the remote controls of this class are actively used in the structure of microwave devices implemented on the basis of SiGe technologies. This is due to the possibility of building on their basis active RC-filters of the gigahertz range for modern and promising communication systems, bridge power amplifiers, etc.
Ближайшим прототипом (фиг.1) заявляемого устройства является дифференциальный усилитель, описанный в патенте US 3828268, fig.5, содержащий первый 1 и второй 2 входы устройства, первый 3 входной транзистор, коллектор которого соединен с первой 4 шиной источника питания через первый 5 токостабилизирующий двухполюсник и связан с базой первого 6 выходного транзистора, второй 7 входной транзистор, коллектор которого соединен с первой 4 шиной источника питания через второй 8 токостабилизирующий двухполюсник и связан с базой второго 9 выходного транзистора, третий 10 входной транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером первого 3 входного транзистора, четвертый 11 входной транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером второго 7 входного транзистора, третий 12 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 9 выходного транзистора, связанным с первым 13 выходом устройства и второй 14 шиной источника питания, четвертый 15 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 6 выходного транзистора, связанным со вторым 16 выходом устройства и второй 14 шиной источника питания, причем коллекторы первого 6 и второго 9 выходных транзисторов связаны с первой 4 шиной источника питания, а коллекторы третьего 10 и четвертого 11 входных транзисторов соединены со второй 14 шиной источника питания.The closest prototype (figure 1) of the claimed device is a differential amplifier described in US patent 3828268, fig.5, containing the first 1 and second 2 inputs of the device, the first 3 input transistor, the collector of which is connected to the first 4 bus power supply through the first 5 current-stabilizing bipolar and connected to the base of the first 6 output transistor, the second 7 input transistor, the collector of which is connected to the first 4 bus power supply through the second 8 current-stabilizing bipolar and connected to the base of the second 9 output transistor a, the third 10 input transistor, the emitter of which is connected to the emitter of the first 3 input transistor, the fourth 11 input transistor, the emitter of which is connected to the emitter of the second 7 input transistor, the third 12 current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the second 9 output transistor, connected to the first 13 output the device and the second 14 bus power supply, the fourth 15 current-stabilizing two-pole connected between the emitter of the first 6 output transistor associated with the second 16 output of the device and the second 14 w another power source, and the collectors of the first 6 and second 9 output transistors are connected to the first 4 bus of the power source, and the collectors of the third 10 and fourth 11 input transistors are connected to the second 14 bus of the power source.
Существенный недостаток известного ДУ состоит в том, что он не работоспособен из-за проблем со статическим режимом при высоких значениях коэффициента усиления по напряжению (Ку), зависящего от сопротивлений первого 5 и второго 8 токостабилизирующих двухполюсников, которые могут для увеличения Ку выполняться в виде источников тока.A significant drawback of the known control is that it is not efficient due to problems with static mode at high voltage gain (K v) which depends on the resistances of the first 5 and the second 8 tokostabiliziruyuschih-ports, which may for larger K have performed in form of current sources.
Основная задача предлагаемого изобретения состоит в создании условий, при которых обеспечивается высокая стабильность статического режима ДУ и повышенные значения его коэффициента усиления по напряжению.The main objective of the invention is to create conditions under which high stability of the static mode of the remote control and increased values of its voltage gain are ensured.
Поставленная задача решается тем, что в дифференциальном усилителе фиг.1, содержащем первый 1 и второй 2 входы устройства, первый 3 входной транзистор, коллектор которого соединен с первой 4 шиной источника питания через первый 5 токостабилизирующий двухполюсник и связан с базой первого 6 выходного транзистора, второй 7 входной транзистор, коллектор которого соединен с первой 4 шиной источника питания через второй 8 токостабилизирующий двухполюсник и связан с базой второго 9 выходного транзистора, третий 10 входной транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером первого 3 входного транзистора, четвертый 11 входной транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером второго 7 входного транзистора, третий 12 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 9 выходного транзистора, связанным с первым 13 выходом устройства и второй 14 шиной источника питания, четвертый 15 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 6 выходного транзистора, связанным со вторым 16 выходом устройства и второй 14 шиной источника питания, причем коллекторы первого 6 и второго 9 выходных транзисторов связаны с первой 4 шиной источника питания, а коллекторы третьего 10 и четвертого 11 входных транзисторов соединены со второй 14 шиной источника питания, предусмотрены новые элементы и связи - первый 1 вход устройства соединен с базой третьего 10 входного транзистора, второй 2 вход устройства соединен с базой четвертого 11 входного транзистора, между первым 13 и вторым 16 выходами устройства включены последовательно соединенные первый 17 и второй 18 дополнительные резисторы, причем общий узел первого 17 и второго 18 дополнительных резисторов связан с объединенными базами первого 3 и второго 7 входных транзисторов через дополнительный неинвертирующий усилитель 19.The problem is solved in that in the differential amplifier of figure 1, containing the first 1 and second 2 inputs of the device, the first 3 input transistor, the collector of which is connected to the first 4 bus power supply through the first 5 current-stabilizing two-terminal device and connected to the base of the first 6 output transistor, the second 7 input transistor, the collector of which is connected to the first 4 bus of the power supply through the second 8 current-stabilizing two-terminal network and connected to the base of the second 9 output transistor, the third 10 input transistor, the emitter of which o connected to the emitter of the first 3 input transistor, the fourth 11 input transistor, the emitter of which is connected to the emitter of the second 7 input transistor, the third 12 current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the second 9 output transistor connected to the first 13 output of the device and the second 14 bus of the power source, the fourth 15 current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the first 6 output transistor associated with the second 16 output of the device and the second 14 bus power source, and the collectors of the first 6th and second 9th output transistors are connected to the first 4 bus of the power supply, and the collectors of the third 10th and fourthth 11th input transistors are connected to the second 14th bus of the power supply, new elements and communications are provided - the first 1 input of the device is connected to the base of the third 10th input transistor, the second 2 input of the device is connected to the base of the fourth 11 input transistor, between the first 13 and second 16 outputs of the device connected in series are the first 17 and second 18 additional resistors, and the common node of the first 17 and second about 18 additional resistors connected to the bases of the
На фиг.1 показана схема ДУ-прототипа.In Fig.1 shows a diagram of the remote control prototype.
На фиг.2 приведена схема заявляемого устройства в соответствии с формулой изобретения.Figure 2 shows a diagram of the inventive device in accordance with the claims.
На фиг.3 представлена схема фиг.2 с конкретным выполнением дополнительного неинвертирующего усилителя 19 для случая, когда входные напряжения uвх.1, uвх.2 подаются на входы ДУ относительно общей шины.Figure 3 presents the diagram of figure 2 with the specific implementation of the additional non-inverting amplifier 19 for the case when the input voltage u I.1 , u I.2 are supplied to the inputs of the remote control relative to the common bus.
На фиг.4 представлена схема фиг.2 с конкретным выполнением дополнительного неинвертирующего усилителя 19 для случая, когда входные напряжения uвх.1, uвх.2 подаются на входы ДУ относительно второй 14 отрицательной шины источника питания.Figure 4 presents the diagram of figure 2 with the specific implementation of the additional non-inverting amplifier 19 for the case when the input voltage u I.1 , u I.2 are supplied to the inputs of the remote control relative to the second 14 negative bus power source.
На фиг.5 приведена схема заявляемого ДУ фиг.3 в среде компьютерного моделирования PSpice на моделях интегральных транзисторов ФГУП НПП «Пульсар».Figure 5 shows a diagram of the claimed remote control of figure 3 in the environment of computer simulation PSpice on models of integrated transistors of FSUE NPP Pulsar.
На фиг.6 показана частотная зависимость коэффициента усиления по напряжению ДУ фиг.5.In Fig.6 shows the frequency dependence of the gain on the voltage of the remote control of Fig.5.
На фиг.7 показаны напряжения на выходах ДУ фиг.5 при входном сигнале Uвх=1 мВ и f=1 МГц, а на фиг.8 - напряжения на выходах при входном сигнале Uвх=3 мВ и f=1 МГц.In Fig.7 shows the voltage at the outputs of the remote control of Fig.5 with an input signal Uin = 1 mV and f = 1 MHz, and Fig.8 - voltage at the outputs with an input signal Uin = 3 mV and f = 1 MHz.
Дифференциальный усилитель с комплементарным входным каскадом фиг.2 содержит первый 1 и второй 2 входы устройства, первый 3 входной транзистор, коллектор которого соединен с первой 4 шиной источника питания через первый 5 токостабилизирующий двухполюсник и связан с базой первого 6 выходного транзистора, второй 7 входной транзистор, коллектор которого соединен с первой 4 шиной источника питания через второй 8 токостабилизирующий двухполюсник и связан с базой второго 9 выходного транзистора, третий 10 входной транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером первого 3 входного транзистора, четвертый 11 входной транзистор, эмиттер которого соединен с эмиттером второго 7 входного транзистора, третий 12 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером второго 9 выходного транзистора, связанным с первым 13 выходом устройства и второй 14 шиной источника питания, четвертый 15 токостабилизирующий двухполюсник, включенный между эмиттером первого 6 выходного транзистора, связанным со вторым 16 выходом устройства и второй 14 шиной источника питания, причем коллекторы первого 6 и второго 9 выходных транзисторов связаны с первой 4 шиной источника питания, а коллекторы третьего 10 и четвертого 11 входных транзисторов соединены со второй 14 шиной источника питания. Первый 1 вход устройства соединен с базой третьего 10 входного транзистора, второй 2 вход устройства соединен с базой четвертого 11 входного транзистора, между первым 13 и вторым 16 выходами устройства включены последовательно соединенные первый 17 и второй 18 дополнительные резисторы, причем общий узел первого 17 и второго 18 дополнительных резисторов связан с объединенными базами первого 3 и второго 7 входных транзисторов через дополнительный неинвертирующий усилитель 19.The differential amplifier with a complementary input stage of figure 2 contains the first 1 and second 2 inputs of the device, the first 3 input transistor, the collector of which is connected to the first 4 bus power supply through the first 5 current-stabilizing two-terminal device and connected to the base of the first 6 output transistor, the second 7 input transistor , the collector of which is connected to the first 4 bus of the power source through the second 8 current-stabilizing bipolar and connected to the base of the second 9 output transistor, the third 10 input transistor, the emitter of which is connected is connected with the emitter of the first 3 input transistor, the fourth 11 input transistor, the emitter of which is connected to the emitter of the second 7 input transistor, the third 12 is a current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the second 9 output transistor connected to the first 13 output of the device and the second 14 bus of the power source, fourth 15 current-stabilizing two-terminal connected between the emitter of the first 6 output transistor associated with the second 16 output of the device and the second 14 bus power source, and the collectors of the first 6 and the second 9 output transistors are connected to the first 4 bus of the power source, and the collectors of the third 10 and fourth 11 input transistors are connected to the second 14 bus of the power source. The first 1 input of the device is connected to the base of the third 10 input transistor, the second 2 input of the device is connected to the base of the fourth 11 input transistor, between the first 13 and second 16 outputs of the device are connected in series the first 17 and second 18 additional resistors, and the common node of the first 17 and second 18 additional resistors are connected to the combined bases of the first 3 and second 7 input transistors through an additional non-inverting amplifier 19.
В качестве транзисторов 6 и 9 могут использоваться классические составные транзисторы, включающие резисторы или p-n переходы 24, 25, 27, 28 в эмиттерных цепях. В схеме фиг.3 данные составные транзисторы 6 и 9 выполнены на элементах 23, 24, 25 и 26, 27, 28. Дополнительный неинвертирующий усилитель 19 в схеме фиг.3 реализован на транзисторе 20, резисторе 21 и источнике тока 22.As
В схеме фиг.4 дополнительный неинвертирующий усилитель 19 содержит входной транзистор 29 и согласующий резистор 30. При таком построении ДУ существенно упрощается согласование статических режимов транзисторов 3, 7, 10, 11, 9 и 6.In the circuit of FIG. 4, an additional non-inverting amplifier 19 contains an
Рассмотрим работу ДУ фиг.3.Consider the operation of the remote control of Fig.3.
Статический режим по току транзисторов предлагаемого ДУ фиг.2 устанавливается токостабилизирующими двухполюсниками 5, 8, 12, и 15. Причем коллекторные (Iкi) токи транзисторов схемы:The static current mode of the transistors of the proposed remote control of figure 2 is set by the current-stabilizing two-
где I0 - заданное значение опорного тока, например 1 мА.where I 0 is the set value of the reference current, for example 1 mA.
Статические напряжения на выходах ДУ при нулевом входном сигнале (uвх=0) зависят только от напряжения U(-) на инвертирующем входе дополнительного усилителя 19:Static voltages at the outputs of the remote control at a zero input signal (u in = 0) depend only on the voltage U (-) at the inverting input of the additional amplifier 19:
Причем напряжения коллектор-база транзисторов 3 и 7, определяющие амплитуду (Um) выходных напряжений ДУ:Moreover, the collector-base voltage of
где Uэб.Σ.9, Uэб.Σ.6 - напряжения эмиттер-база транзисторов 9 и 6, которые для обеспечения заданных выходных амплитуд Um в схеме фиг.3 должны выполняться в виде составных активных элементов, либо КМОП-транзисторов. В схеме фиг.4 такое построение 9 и 6 необязательно;where U eb. Σ.9 , U eb. Σ.6 are the emitter-base voltages of
Uэб.3≈Uэб.7≈Uэб.10≈Uэб.11≈0,7 В - напряжения эмиттер-база транзисторов 3, 7, 10, 11.U eb. 3 ≈U eb. 7 ≈U eb. 10 ≈U eb. 11 ≈0.7 V - emitter-base voltage of
Таким образом, статический режим транзисторов схемы фиг.2 не зависит от дифференциального сопротивления (ri=ri5=ri8) двухполюсников 5, 8, которые для повышения Ку до уровня 60÷70 дБ (фиг.6) могут выполняться в виде источников тока. В ДУ-прототипе фиг.1 такое исполнение элементов 5, 8 не приемлемо из-за проблем с устойчивостью статического режима. Повышенные значения ri=ri5=ri8 позволяют получить в схеме фиг.2 повышенные значения Ку.Thus, the static mode of the transistors of the circuit of figure 2 does not depend on the differential resistance (r i = r i5 = r i8 ) of the two-
Результаты компьютерного моделирования схемы фиг.5 показывают, что на основе предлагаемого ДУ реализуются широкополосные драйверы дифференциальных линий связи усилители мощности, фазорасщепители с повышенным коэффициентом усиления и т.п.The results of computer simulation of the circuit of Fig. 5 show that based on the proposed remote control, broadband drivers of differential communication lines are used for power amplifiers, phase shifters with increased gain, etc.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОКBIBLIOGRAPHIC LIST
1. Патентная заявка US №2010/0225392.1. Patent application US No. 2010/0225392.
2. Патент US №3786362.2. US patent No. 3786362.
3. Патент US №3828268.3. US patent No. 3828268.
4. Патент US №5406222.4. US patent No. 5406222.
5. Патент US №3555402.5. US patent No. 3555402.
6. Патент US №4074205.6. US patent No. 4074205.
7. Патент US №5401995.7. US patent No. 5401995.
8. Патент SU №1107279.8. Patent SU No. 1107279.
9. Патент JP №57-5364.9. JP patent No. 57-5364.
10. Патент US №4/030/044.10. US patent No. 4/030/044.
11. Патент US №4/286/227.11. US patent No. 4/286/227.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100199/08A RU2475941C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Differential amplifier with complementary input cascade |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012100199/08A RU2475941C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Differential amplifier with complementary input cascade |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2475941C1 true RU2475941C1 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=49121180
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012100199/08A RU2475941C1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Differential amplifier with complementary input cascade |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475941C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566963C1 (en) * | 2014-11-06 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Differential input stage of high-speed operational amplifier for cmos technological processes |
RU2684500C1 (en) * | 2018-07-17 | 2019-04-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | High-speed differential operational amplifier with differentiating correction circuits |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3A (en) * | 1836-08-01 | 1836-08-11 | Thomas Blanchard | Machine for turning and wooden sheaves and pins for ships' tackle blocks and pulleys |
SU365797A1 (en) * | 1971-02-25 | 1973-01-08 | Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт имени В. И. Уль нова Ленина | DIFFERENTIAL AMPLIFIER12 |
US3828268A (en) * | 1971-09-07 | 1974-08-06 | Nippon Electric Co | Differential amplifier having increased bandwidth |
SU849420A1 (en) * | 1979-04-09 | 1981-07-23 | Предприятие П/Я В-8799 | Differential amplifier |
SU1246338A1 (en) * | 1985-02-07 | 1986-07-23 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Amplifier |
US20070170956A1 (en) * | 2006-01-26 | 2007-07-26 | Industrial Technology Research Institute | Sense amplifier |
-
2012
- 2012-01-10 RU RU2012100199/08A patent/RU2475941C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3A (en) * | 1836-08-01 | 1836-08-11 | Thomas Blanchard | Machine for turning and wooden sheaves and pins for ships' tackle blocks and pulleys |
SU365797A1 (en) * | 1971-02-25 | 1973-01-08 | Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт имени В. И. Уль нова Ленина | DIFFERENTIAL AMPLIFIER12 |
US3828268A (en) * | 1971-09-07 | 1974-08-06 | Nippon Electric Co | Differential amplifier having increased bandwidth |
SU849420A1 (en) * | 1979-04-09 | 1981-07-23 | Предприятие П/Я В-8799 | Differential amplifier |
SU1246338A1 (en) * | 1985-02-07 | 1986-07-23 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Amplifier |
US20070170956A1 (en) * | 2006-01-26 | 2007-07-26 | Industrial Technology Research Institute | Sense amplifier |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2566963C1 (en) * | 2014-11-06 | 2015-10-27 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Донской Государственный Технический Университет" (Дгту) | Differential input stage of high-speed operational amplifier for cmos technological processes |
RU2684500C1 (en) * | 2018-07-17 | 2019-04-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | High-speed differential operational amplifier with differentiating correction circuits |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2364020C1 (en) | Differential amplifier with negative in-phase signal feedback | |
RU2346382C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2475941C1 (en) | Differential amplifier with complementary input cascade | |
RU2421887C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2413355C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2595927C1 (en) | Bipolar-field operational amplifier | |
RU2439778C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2421893C1 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2460206C1 (en) | Cascode microwave amplifier with low supply voltage | |
RU2383099C2 (en) | Differential amplifier with low-resistance inputs | |
RU2475942C1 (en) | Broadband differential amplifier | |
RU2436226C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2446554C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2441316C1 (en) | Differential amplifier with low supply voltage | |
RU2390912C2 (en) | Cascode differential amplifier | |
RU2436225C1 (en) | Wideband amplifier with paraphase output | |
RU2475946C1 (en) | Ac amplifier with antiphased current outputs | |
RU2432666C1 (en) | Differential operational amplifier with low supply voltage | |
RU2444114C1 (en) | Operational amplifier with low-resistance load | |
RU2435293C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2419193C1 (en) | Differential amplifier with paraphase output | |
RU2446556C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2481698C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2439781C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output | |
RU2432668C1 (en) | Differential operational amplifier with paraphase output |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140111 |